[发明专利]一种三氧化二钕掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三氧化二钕掺杂氮化碳光催化剂及其制备方法，属于光催化领域。石墨相氮化碳（g‑C₃N₄）由于其良好的稳定性、易得性和有吸引力的电子结构而受到越来越多的关注，但由于光生载流子的快速重组和低效的太阳能利用，其应用受到很大限制。本发明是引入稀土金属元素，利用金属掺杂可以改善g‑C₃N₄表面状况、增大比表面积、抑制光生电子和空穴的复合以及增加表面活性基团，改善光催化活性。通过调节金属钕（Nd）的投加量，发现掺杂3%Nd离子时，生成Nd₂O₃/g‑C₃N₄时，光催化产氢效果最高。

技术领域

本发明涉及一种三氧化二钕掺杂氮化碳的制备方法及其用途，属于光催化剂技术领域。

背景技术

清洁和可再生能源的发展是满足日益增长的全球能源需求和解决因过度使用化石燃料而引起的环境问题的关键途径。最有吸引力的选择之一是在半导体光催化剂的帮助下，通过水分解过程将太阳能转化为氢气，所以光催化技术被认为是解决环境污染和能源短缺等问题理想途径，表现出巨大的应用前景。

近年来，可见光驱动的非金属聚合光催化剂石墨相氮化碳(g-C₃N₄) ，一种类石墨烯的层状材料，其禁带宽度约为2.7eV，可广泛应用于可见光的光催化转化中。自Wang等人在2009年开展的关于g-C₃N₄上可见光光催化水分解的开创性研究以来，特别关注石墨氮化碳（g-C₃N₄）[Wang, X. C.; Maeda, K.; Thomas, A.; Takanabe, K.; Xin, G.;Carlsson, J. M.; Domen, K.; Antonietti, M. Nat. Mater. 2009, 8, 76−80.]。在环境条件下，g-C₃N₄被认为是各种碳氮化物中最稳定的同素异形体。所提出的g-C₃N₄结构是通过叔胺连接的三-s-三嗪的二维骨架，这使得它具有高稳定的热（在空气中高达600℃）和化学稳定性（对抗酸，碱）[Wang, Y.; Wang, X.; Antonietti, M. Angew. Chem., Int. Ed.2012, 51, 68−89.]。因此，g-C₃N₄迅速成为光催化领域的热点材料。关于用作制氢的高性能g-C₃N₄的设计，在g-C₃N₄ /水界面处发生的光催化H₂产生高度依赖于g-C₃N₄的大小，形态和缺陷。g-C₃N₄微/纳米结构的控制可赋予其大的表面积，丰富的表面状态，甚至延长的光捕获，所有这些都有利于光催化H₂的产生。